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DLR將太陽能熱量集成到固體氧化物電解槽實現高效產氫

OFweek氫能網訊:日前,DeutschesZentrumfürLuft-und Raumfahrt(DLR)的一個團隊成功地將太陽能熱量集成到固體氧化物電解槽中。

原型系統的實驗裝置由太陽能模擬器,太陽能蒸汽發生器,蒸汽蓄能器和固體氧化物電解器組成。

DLR將太陽能熱量集成到固體氧化物電解槽實現高效產氫

用于制氫的太陽能加熱固體氧化物電解槽系統的實驗裝置

用太陽能蒸汽發生器生產最大流量為5.0 kg h-1的熱蒸汽,與10%H2混合的一小部分(0.58kg h-1)供應至12-cell細胞固體氧化物電解器堆,并使用2千瓦電力。

在770℃和-1.25Acm-2的電流密度下,該電解槽效率為93%時,蒸汽轉化率達70%。目前,關于這項研究的論文已發表在“電源雜志”上。

研究人員表示,在更廣泛地使用諸如風能,光伏和太陽能熱能的可再生能源的背景下,由于可再生能源的間歇可用性以維持電力基礎設施的高穩定性,因此需要化學能源載體用于電力存儲。水電解被認為是用于生產可持續氫氣作為這種能量載體的有希望的途徑。

堿性電解作為數十年來經過充分驗證的技術,以及最近的質子交換膜(PEM)電解,目前正在低溫100°C以下的低溫范圍內開發用于高性能間歇操作。

與低溫電解技術相比,在700-1000℃的高溫狀態下操作的固體氧化物電解(SOE)是一種有前景的新技術,其提供了一些額外的優點。

固體氧化物電解電池(SOEC)和電池堆的顯著更高的操作溫度導致更快的反應動力學,從而實現潛在更高的電效率。從熱力學觀點來看,吸熱水分解反應的部分能量需求可以通過來自太陽能熱能的高溫熱量或來自工業過程的廢熱來提供,因此顯著降低了電能需求。

在傳統的高溫蒸汽電解中,水分解的總能量需求作為電力供應。如前所述,通過太陽輻射的集中提供的高溫熱,例如在太陽能塔中,可以在SOE工藝中引入,用于蒸發和過熱水。

管式太陽能接收器作為將太陽能熱量集成到SOE工藝中的關鍵部件,已經開發用于在科隆的DLR高通量太陽能模擬器中運行。在DLR項目“Future Fuels”的框架中,已經實現了由太陽能模擬器的熱量驅動的太陽能接收器與固體氧化物電解器的組合。

DLR將太陽能熱量集成到固體氧化物電解槽實現高效產氫

水分解反應的熱力學與溫度的關系

研究人員在700℃和-1.0Acm-2的穩態操作總共進行了4小時,總共產生1600L的H2,證明了太陽能熱SOEC操作的可行性。

實驗表明,堆棧行為與蒸汽質量流量之間存在強烈的相互作 因此,正確控制蒸汽質量流量至關重要。而進一步的系統優化包括減少外圍加熱管,增加系統部件的隔熱性和開發高溫蒸汽蓄能器。

據報道,該實驗首次成功地將太陽能熱量集成到商業固體氧化物電解中,實現了高效的氫氣生產。

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